ME5330 – Oitava aulaMecânica dos Fluidos para

Engenharia Química

14/04/2009

O que vem a ser o fenômeno de

cavitação?

Por que ele geralmente

é indesejável?

Quando ocorre?

Quais os cuidados preliminares a

serem adotados na execução de um

projeto para evitá-lo?

Evocando que a engenheira e o engenheiro

são pessoas aptas a solucionar problemas,

é fundamental que saibam responder:

13/04/2009 - v1

Para que possamos compreender as respostas

para estes novos questionamentos, vamos estudar o fenômeno de

cavitação, iniciando com o cálculo da pressão na

entrada da bomba

Inicialmente estaremos analisando a

supercavitação, o que implica dizer, que estaremos analisando o fenômeno na

entrada da bomba, para isto devemos conhecer a pressão nesta seção.

Considerando a tubulação de sucção da instalação esquematizada abaixo, determine a pressão de entrada da

bomba (pe)?

Adotando o PHR no nível de captação, temos:

g2

2ev

HD

aBLeqaBLf

g2

2ev

ezeP

Será que a equação anterior pode-se ser aplicada em todas as

instalações?

Eu em 1981

Para responder a pergunta anterior, calcule a pressão na entrada da bomba

para o esquema a seguir:

B

h(e)

(0)

Adotando o PHR no nível de captação, temos:

g2

2ev

HD

aBLeqaBLf

g2

2ev

heP

Conclui-se que não, portanto a pressão de

entrada deve ser determinada aplicando-se a

equação da energia.

Fenômeno de supercavitação, que é fundamental para a compreensão do fenômeno de cavitação, surge

quando a pressão de entrada (peabs) é menor ou igual a pressão

de vapor (pvapor) do fluido, que está sendo bombeado, onde a pressão

de vapor é a pressão que para uma dada temperatura do fluido

coexistem as fases líquido e vapor.

Se a peabs (pe + patm local ) for menor ou igual a pvapor, tem-se o fenômeno de evaporação (total ou

parcial) à temperatura de escoamento, que é

considerado o início do fenômeno da cavitação.

Notas:

1 → O fenômeno de cavitação observado na

entrada da bomba (peabs < pvapor) é denominado geralmente de supercavitação e é considerado um

erro grosseiro do projetista.2 → A pressão na entrada da bomba não

representa o ponto de menor pressão do escoamento, este ocorre no interior do corpo da bomba, o que equivale a dizer que o fato de não ocorrer o fenômeno de cavitação na entrada da

bomba não garante que o mesmo não ocorra em seu interior.

Ao considerar as figuras 7.3.a e 7.3.b, verificamos que a bolha de vapor ao ser lançada na direção do difusor da bomba, onde a energia total é maior e a pressão maior que a pressão atmosfera, esta irá sofrer a condensação repentina com grande liberação de energia, ocorrendo a

penetração do fluido nos espaços vazios do material (função do tamanho dos grãos) do rotor, podendo

promover o "arrancamento” de grãos, que seria uma das consequências da cavitação.

Visualizando a cavitação

Visualizando a cavitação

O fenômeno de cavitação, geralmente propicia os seguintes problemas:

1º → erosão que originam ruídos 2º → vibrações 3º → diminuição do rendimento 4o → diminuição do tempo vida da bomba.

Pelo fato do fenômeno de cavitação poder comprometer

todo o projeto de uma instalação de bombeamento alguns cuidados preliminares

devem ser tomados para evitá-lo, cuidados estes onde

objetiva-se trazer a pe o mais perto possível da patm, ou até

mesmo superior a ela.

Considerando a equação abaixo, quais seriam os

cuidados que deveriam ser adotados?

g2

2ev

HD

aBLeqaBLf

g2

2ev

ezeP

Os cuidados adotados para procurar-se evitar o fenômeno de cavitação são:

1º → a bomba deve ser instalada o mais perto possível do nível de captação

com a finalidade de diminuir Ze, ou, se possível, a bomba deve ser instalada abaixo do nível de captação (bomba “afogada”) com isto Ze< 0 .

2º → a tubulação antes da bomba deve ser a menor possível com a finalidade

de diminuir a HpaB.

3º → na tubulação antes da bomba devem ser usados os acessórios

estritamente necessários com a finalidade de diminuir a HpaB.

4º → o diâmetro da tubulação antes da bomba deve ser um diâmetro superior

ao diâmetro de recalque com a finalidade, tanto de diminuir a carga cinética de entrada da bomba, quanto diminuir HpaB.

5º → o ponto de trabalho da bomba deve estar o mais próximo do ponto de

rendimento máximo.

Nota: Por questão de economia, sempre que possível, não se considera o cuidado 4º mencionado acima, já que quanto maior o diâmetro maior o custo

da tubulação.

Primeiro teste do aprendizado.

http://www.escoladavida.eng.br/mecfluquimica/teste_seu_aprendizado1.htm

Verificação do Fenômeno de Cavitação

Como mencionado no item anterior a condição de peabs > pvapor

não é suficiente para garantir a não existência fenômeno decavitação. Por este motivo, introduzi-se um novo parâmetrodenominado de N P S H (Net Positive Suction Head), ou A P LS (Altura Positiva Líquida de Sucção, ou Altura de SucçãoAbsoluta) e que representa a disponibilidade de energia que olíquido penetra na boca de entrada da bomba e que lhepermitirá atingir o bordo da pá do rotor.

Existem dois NPSH, um fornecido pelo fabricante que édenominado de NPSHrequerido e o calculado pelo projetista que éo NPSHdisponível.

O NPSHrequerido

O NPSHdisponível

bomba da eixo noPHR o se-adotando obtidainicialZ

2aB

Ag2

trabalho de ponto2Q

HD

aBLeqaBLaBf

vaporpinicialpinicialZdNPSH

:ioreservatór de nível como inicial seção Supondo

vaporppHinicialHdNPSH

vaporpeHdNPSHdisponivelNPSH

aB

abs

aBabs

abs

O ideal...

NPSHdisponível – NPSHrequerido ≥ 1,5 m

7.12.45 A bomba hidráulica utilizada nainstalação de recalque, cuja tubulação desucção é esquematizada abaixo, tem oNPSHr = 2,0 m. Verifique o fenômeno decavitação. São dados:

2cm

kgf3,0mp

m 6,44aBLeq

;mmHg 700atmp

;C20 a água fluido

"2nD com 40 aço de tubulação ;2s

m9,8g ;

s

L4Q

Trecho da instalação do exercício 7.12.45